Расчет солнечного коллектора для отопления

Обновлено: 17.05.2024

Расчеты систем солнечного горячего водоснабжения

Нагреть 1 кг воды на 1 градус можно, затратив 1,16 Вт*ч. Значит, нагреть тонну воды на 30 градусов (от 20 до 50) можно, затратив 1,16х1000х30=34800 Вт*ч.

Считается, что минимальная мощность, при которой еще более-менее будет работать гелиосистема – это 100 Вт/м². Летом в средней полосе России приход солнечной энергии составляет примерно 5 кВт*ч/м², с учётом среднего КПД солнечного коллектора около 60% получаем 3 кВт*ч энергии с 1 м² солнечного коллектора.

В среднем от вакуумного коллектора в течение года можно получить до 15-30% больше энергии, чем от плоского, причём эта добавка будет за счет более эффективной работы при низких температурах (т.е. как раз тогда, когда нужно поддерживать систему отопления и тепло нужнее всего). С другой стороны, при этом увеличивается стоимость системы. Целесообразность установки вакуумных или плоских коллекторов решается в каждом конкретном случае.

Одна сертификационная европейская лаборатория собрала параметры разных солнечных коллекторов в достаточно удобную форму для анализа. Основным итоговым корректным показателем для сравнения является удельный параметр – КОЛИЧЕСТВО ВЫРАБОТАННОЙ ЭНЕРГИИ ЗА ГОД приведенный к АПЕРТУРНОЙ площади солнечного коллектора (апертурная площадь – это площадь проекции внутреннего габарита коллектора или суммы проекций внутреннего размера вакуумных трубок или рефлектора на горизонтальную поверхность).

Сайт на английском, но при желании можно разобраться. Приведены данные по разным типам коллекторов разных производителей, показана конструкция коллекторов и их основные параметры, включая удельную выработку:
– для горячего водоснабжения,
– преднагрев (когда греется много воды до невысокой температуры),
– отопление.

Последние годы по всему миру стала популярной европейская система сертификации солнечных коллекторов Solar Keymark. Практически все серьезные производители получили такой сертификат на свою продукцию. В интернете есть онлайн база данных по всем сертифицированным Solar Keymark коллекторам.

Каждый тип коллекторов имеет свои области применения. В последнее время появилось много продавцов вакуумных коллекторов китайского производства сомнительного качества. Мы тоже продаем вакуумные китайские коллекторы, но при этом мы, путем проб и ошибок, выбрали одного из лучших производителей. Очень часто продавцы коллекторов вводят в заблуждение покупателей, завышая показатели выработки тепла и возможности солнечных коллекторов. Нужно понимать, что приход солнечной энергии в зимнее время на большей части территории России недостаточен для отопления (исключение составляют южные регионы европейской части России и некоторые регионы Восточной Сибири и Дальнего Востока.

Для того, чтобы сделать правильный выбор, мы рекомендуем проанализировать различные коллекторы из баз данных результатов испытаний Institut für Solartechnik и Solar Keymark.

Для целей отопления необходимо примерно 2 кВт*ч энергии на 1 м²отапливаемой площади дома в сутки. Эта цифра средняя для энергоэффективного дома и температуры окружающего воздуха до -20°С. То есть за месяц для среднего дома площадью 200 м² нужно около 12000 кВт*ч энергии.

Как рассчитать систему с солнечными коллекторами?

В осенне-весенний среднемесячный приход солнечной радиации на 1м² наклонной поверхности составляет от 20 до 80 кВт*ч/месяц. Летом в пике приход солнечной радиации может доходить до 160 кВт*ч/месяц, но обычно летом не нужно нагревать здание. Даже если мы хотим получить четверть требуемой для отопления энергии (аккумулировать солнечную энергию для отопления не имеет смысла, поэтому обычно солнечное тепло добавляется в систему отопления в режиме “онлайн”, т.е. только когда светит и греет солнце), нам нужно около 3000 кВт*ч тепловой энергии. При зимнем КПД системы с солнечными коллекторами максимум 50% (с учетом потерь как в самом коллекторе, так и в трубопроводах от коллектора до потребителя) для сбора такого количества энергии необходимо 3000/50*0,5=120 м² площади солнечных коллекторов. Один 20-ти трубочный вакуумный коллектор имеет полезную площадь около 1,8 м² и занимает площадь около 3м². Таким образом, потребуется 40 таких коллекторов.

Летом эти коллекторы будут выдавать в 5-8 раз больше тепловой энергии, т.е. до 24 000 кВт*ч. Для сравнения, для целей горячего водоснабжения на 1 человека при норме в 100 л/сутки горячей воды температурой 40°С требуется примерно 100*1,16*30=3,48 кВт*ч. На семью из 4-5 человек потребуется до 15-20 кВт*ч энергии. Необходимо предусмотреть, куда девать остальные 20000 кВт*ч энергии. Хорошо , если есть бассейн, который нужно греть. В противном случае нужно будет накрывать большую часть коллекторов. Хорошим решением является сезонное аккумулирование в конструкциях здания или в земле, но такие решения, естественно, потребуют дополнительных капитальных затрат.

Поэтому мы рекомендуем рассчитывать систему солнечного теплоснабжения в расчете на горячее водоснабжение, можно раза в 2 увеличить количество коллекторов для того, чтобы гарантированно обеспечить ГВС в весенне-осенний период и иметь заметную добавку к генерации тепла в зимний период. Если увеличить количество коллекторов в 3-5 раз, то можно ощутить добавку солнечного тепла в отопительный баланс в межсезонье. Большее количество солнечных коллекторов в нашем климате использовать нецелесообразно.

Очень немногие продавцы солнечных коллекторов могут правильно (и правдиво) рассчитать систему солнечного теплоснабжения – как для целей горячего водоснабжения, так и для отопления. Мы утверждаем, что использовать солнечные коллекторы (как вакуумные, так и плоские) для ГВС в весенне-осенний период удобно и выгодно. Мы можем подобрать оптимальный состав системы для ваших конкретных целей. Опасайтесь тех, кто обещает вам за счет солнечной энергии обеспечить дом теплом зимой – в нашем климате это практически невозможно. Заполните форму заявки на подбор оборудования на нашем сайте, наши специалисты помогут вам сделать правильное решение.

Как правильно расположить солнечные коллекторы?

Солнечные коллекторы нужно ориентировать по возможности строго на юг. Однако, без существенного падения производительности можно отклониться от южного направления на 30 градусов. Для фотоэлектрических панелей можно без существенного ухудшения отклоняться до 45 градусов. Превышение этих рекомендуемых цифр сильно ухудшить эффективность системы солнечного тепло или электроснабжения.

Вакуумный солнечный коллектор для отопления дома зимой: эффективность, особенности, мифы и правда

Солнечные коллекторы традиционно используют для получения горячей воды на бытовые нужды. Но рано или поздно возникает желание пустить ее на обогрев. И тогда возникает вопрос: Насколько оправданно использовать вакуумный солнечный коллектор для отопления дома зимой?

Однозначного ответа нет, все зависит от многих факторов. В этой статье мы разберем их и развеем некоторые заблуждения относительно использования трубчатых коллекторов.

Содержание статьи Скрыть

Эффективность вакуумного коллектора зимой

КПД вакуумных трубок зависит не от температуры, а от количества солнечного света, это исходит из его принципа работы . Зимой дни короче, а солнце не так высоко поднимается над горизонтом, поэтому вакуумный коллектор не даст столько тепловой энергии, сколько летом.

Есть два способа решения вопроса – увеличение количества вакуумных коллекторов и уменьшение энергопотерь дома. Снизить тепловые потери можно двумя способами – утеплив здание и установив эффективную систему отопления. Сейчас наиболее эффективными являются теплые полы и теплые плинтусы.

Неплохой вариант – использовать спаренный тепловой насос и вакуумный коллектор для отопления дома. Так можно добиться максимальной эффективности, хотя общая стоимость оборудования будет высока.

Так выглядит система, в которую последовательно включены вакуумный солнечный коллектор и водяной тепловой насос.

Особенности эксплуатации

Основная проблема для всех типов солнечного оборудования в холодное время года – осадки. Если трубки покрыты снегом или инеем, их эффективность снижается. Но стоит учитывать следующее:

Если вы собираетесь использовать вакуумный солнечный коллектор для отопления дома зимой, значит он будет установлен под большим углом чтобы уловить максимум солнечного света. Соответственно, снег и вода будет просто соскальзывать с него.

Небольшая площадь трубок не позволит снегу «зацепиться» за них, в отличие от того, как это происходит с плоскими солнечными коллекторами. Практика показывает, что ветер скоростью 3 м/с сдувает снег с коллекторов.

Большую опасность вызывает наледь. Она образуется, когда днем плюсовая температура, а ночью – отрицательная. Лед хоть и прозрачен, но рассеивает часть солнечного света. Образование ледяной корки несколько снижает эффективность работы солнечного вакуумного коллектора.

Избавиться от нее просто – достаточно пролить замерзший участок теплой водой. Скалывать наледь с вакуумных трубок не рекомендуется – есть риск повредить стекло и нарушить герметичность.

Окупаемость и цена вакуумных коллекторов

Противники зеленой энергетики убеждают всех, что вакуумные солнечные коллектора не окупаются, а если это и происходит, то за очень долгий срок. Отчасти это так, но только если ваш дом уже подключен к газу или электричеству. А если учесть стоимость подключения?

Если сравнивать стоимость подключения к газопроводу и установки коллекторов – они вполне соизмеримы. Но газ это расходная статья бюджета, тогда как на работу вакуумного коллектора требуется минимум электроэнергии, да и то, только на прокачку теплоносителя. Практика показывает, что для отопления дома зимой вакуумный солнечный коллектор гораздо выгоднее других источников тепла.

Еще один момент который касается окупаемости – срок службы оборудования. В отопительной системе, основанной на трубчатых солнечных коллекторах, нет сложных деталей или частей, которые подвержены износу. При периодической профилактике такая система прослужит десятки лет.

Мифы и заблуждения

Некоторые считают, что плоские солнечные коллекторы более эффективны чем вакуумные. Отчасти это правда, но если идет об обогреве дома в зимний период, то последние однозначно выигрывают.

Вакуумные трубки хоть и сделаны из стекла, но отлично держат удар. В приведенном ниже видео проводят испытания с помощью железного шара, который почти в 8 раз тяжелее льда. Соответственно, удары града они выдерживают с легкостью.

А в этом видеоролике вакуумную трубку испытывают на прочность куском льда. Согласитесь, что такой град большая редкость, но и его вакуумный коллектор сможет выдержать.

Считается, что китайские вакуумные коллекторы хуже европейских или американских. На деле это не так – большинство именитых производителей заказывают комплектующие в Поднебесной и максимум что делают на своих производствах – собирают их. К тому же, Китай давно вышел из эпохи ширпотреба, их производства следят за уровнем качества чтобы быть конкурентоспособными на европейском и американском рынках.

Есть мнение, что со временем вакуумные солнечные коллекторы теряют эффективность. Отчасти это правда, но только в том случае, если не проводить профилактику. Если использовать вакуумные солнечные коллекторы для обогрева дома зимой, в них будут большие перепады температур.

Из-за этого уплотнители со временем загрубеют и начнут пропускать теплоноситель. Если их периодически менять (раз в 2-3 года), такого не произойдет, а цена уплотнителя просто копеечная.

Вакуумные трубки со временем теряют герметичность – да, такое происходит, но не со временем, а из-за повреждений. Если стекло некачественное или во время производства появились дефекты, такое может произойти. Разгерметизация может случиться из-за механического повреждения или во время эксплуатации, когда трубка меняет размеры под влиянием перепада температур.

При определенных условиях вакуумные трубки покрываются инеем и становится видно, какие из них потеряли герметичность

Стоит ли использовать вакуумный солнечный коллектор для отопления дома зимой?

Когда у вас есть другие источники тепловой энергии, например – тепловой насос, газовый котел и т.д., то использовать вакуумный солнечный коллектор для отопления дома зимой не слишком целесообразно. Если же вы отапливаете здание электричеством, обогрев за счет солнечной энергии будет отличным решением.

Если дом не подключен к газу или электричеству, то солнечные вакуумные коллекторы – оптимальное решение для организации отопления в доме. При одинаковых начальных затратах на оборудование вы получите практически бесплатное тепло.

Не забудьте поделиться публикацией в соцсетях!

Хотите получить помощь мастера, специалиста в этой сфере? Переходите на портал поиска мастеров Профи. Это полностью бесплатный сервис, на котором вы найдете профессионала, который решит вашу проблему. Вы не платите за размещение объявления, просмотры, выбор подрядчика.

Если вы сами мастер своего дела, то зарегистрируйтесь на Профи и получайте поток клиентов. Ваша прибыль в одном клике!

Вам также может быть интересно

Гелиоколлекторы 0 Обновлено: 15 апреля 2020. Сделать вакуумные трубки для солнечного коллектора своими руками – вполне

Гелиоколлекторы 2 Обновлено: 31 августа 2019. Эффективность термодинамических солнечных панелей, их характеристики и окупаемость для многих

Гелиоколлекторы 0 Обновлено: 15 сентября 2021. Главный рабочий элемент всесезонного солнечного коллектора – вакуумные трубки. От

Гелиоколлекторы 8 Обновлено: 15 сентября 2021. Селективное покрытие солнечных коллекторов своими руками — это реально. Сушествует

Гелиоколлекторы 12 Обновлено: 1 декабря 2020. Использование гелиоколлекторов для системы теплоснабжения – способ существенно сэкономить на

Гелиоколлекторы 4 Обновлено: 14 сентября 2020. В этой публикации мы собрали отзывы о солнечных вакуумных коллекторах

Гелиоколлекторы 2 Обновлено: 8 декабря 2020. Как работает солнечный коллектор зимой – этот вопрос интересует любого, кто

Гелиоколлекторы 0 Обновлено: 4 сентября 2021. Есть три варианта использования энергии солнца для отопления – солнечные

Тепловые насосы 0 Обновлено: 8 декабря 2020. Эффективность тепловых насосов воздушного типа зависит от многих факторов. Это

Тепловые насосы 2 Обновлено: 16 сентября 2021. Отопление частного дома – вопрос непростой. Сейчас с газовыми, угольными Комментарии: 2 Подмосковье в

По совету друга прикрыл трубки сеткой-рабицей. Вот не поверите, не думал что вакуумный коллектор так притягателен для малышни из поселка — у них прямо чемпионаты были, кто первый раздолбает трубку. После того как прикрыл, перестали из-за забора бросаться камнями. Но несмотря на мелкие неурядицы считаю что отопление вакуумными солнечными коллекторами — это отличный вариант. Использую их в качестве дополнения к твердотопливному котлу. Нормально, прогревают воду в батареях до 40-45 градусов, на пеллетах экономия ощутимая.

Думаю увеличить количество коллекторов, но проблема с контролером — сложновато будет, а нормальных мастеров нет. Может кто что подскажет?

Копылов Святослав (автор) в

Да, найти стоящего мастера сложно. Обычно проблемы с коллекторами случаются именно из-за косоруких доморощенных экспертов. Поэтому лучше обращаться в нормальную компанию, имеющую опыт. Придется раскошелиться, но потом не будет неудобств и проблем.

Воздушный солнечный коллектор для отопления дома – особенности эксплуатации

Есть три варианта использования энергии солнца для отопления – солнечные панели, вакуумные и воздушные коллекторы. Последние существенно отличаются от других не только простотой исполнения, но и особенностями эксплуатации.

Чтобы эффективно использовать воздушный солнечный коллектор для отопления дома, нужно иметь представление о принципе его работы, особенностях монтажа и многом другом.

Содержание статьи Скрыть

Конструкция и принцип работы

Механизм работы устройства прост – воздух находится в изолированном объеме, нагревается от солнечного света и поступает в помещение. В некоторых воздушных солнечных коллекторах есть возможность забора воздуха с улицы, таким образом, они в некотором роде выполняют роль вентиляционной системы.

Виды воздушных коллекторов

Сейчас не существует определенной классификации воздушных солнечных коллекторов, но по некоторым признакам можно их разделить.

Циркуляция воздуха

Подача воздуха в помещение может осуществляться двумя путями – естественно и принудительно.

В первом случае нагретый внутри коллектора воздух поднимается в верхнюю его часть, где находится выходное отверстие, через которое поступает в помещение. Соответственно, через нижнее отверстие из помещения в коллектор поступает холодный воздух.

Во втором случае установлен вентилятор, который принудительно качает воздух через коллектор. Обычно он имеет небольшую мощность, так как быстрая прокачка воздуха приведет к тому, что он не успеет нагреться.

В сущность, если использовать большой по площади воздушный солнечный коллектор для отопления дома, то имеет смысл устроить принудительную циркуляцию. Для небольших коллекторов площадью в несколько квадратных метров достаточно будет естественной конвекции.

При принудительной циркуляции есть два минуса. Вы можете забыть отключить вентилятор на ночь. Решить проблему можно двумя способами:

Установить реле с таймером;
Установить датчик света и подключить его к реле.

Вторая негативная особенность такого воздушного солнечного коллектора с принудительной циркуляцией – зависимость от температуры. Такие панели обычно делают из обычного стекла без отражающих напылений. Они отдают часть тепла за счет ИК-излучения. Если вентилятор будет работать постоянно, это увеличит отток тепловой энергии.

Вид контура

Есть два вида контура, в котором нагревается воздух – замкнутый и незамкнутый. В первом случае внутри корпуса проложены трубки, по которым циркулирует воздух, не смешивающийся с тем, что находится в пространстве коллектора. Во втором случае внутри короба уложены трубки, которые не сообщаются между собой.

Так выглядит внутри воздушный коллектор с незамкнутым контуром.

В первом варианте воздух циркулирует быстрее, чем во втором. Поэтому он дает больший эффект, когда на коллектор попадает много света. Во втором варианте трубки не играют большой роли для нагрева, они лишь задают направление конвекции воздуха.

Эффективность

Многие задаются вопросом – насколько эффективно можно использовать воздушный солнечный коллектор для отопления дома и сколько от него можно получить тепла? Увы, одного ответа на этот вопрос нет. Производительность коллектора зависит от многих факторов, а именно:

Утепление корпуса коллектора;
Свойства стекла;
Внутреннее строение;
Ориентация по сторонам света;
Наклон по горизонтали.

Корпус воздушного солнечного коллектора должен быть утеплен не только по сторонам, но и с тыльной стороны – так он не будет охлаждаться от стены, если прикреплен к ней. Все швы и соединения должны быть герметичными.

Для лучшей теплоизоляции стоит использовать двойное остекление, а для работы при температурах ниже -25 – тройное. Сейчас есть стекла с покрытием, которое не выпускает инфракрасное излучение. Они помогают сохранить до 50% тепла, что намного повысит температуру воздуха. Для этих целей подойдет и специальная пленка, которая клеится на стекло.

В солнечную погоду и при отрицательной температуре можно обеспечить воздушным солнечным коллектором отопление гаража, теплицы, производственного помещения. Если он и не сможет перекрыть нужды в обогреве, то частично их компенсирует.

Как правильно использовать воздушный солнечный коллектор для отопления дома

Для лучшего КПД плоскость солнечного коллектора должна быть направлена максимально перпендикулярно солнечным лучам. Поэтому он должен быть ориентирован строго на юг – так можно получить больше всего солнечного света в полдень. Солнце не стоит на месте, поэтому небольшие отклонения от направления не сильно повлияют на эффективность работы воздушного солнечного коллектора.

Этот солнечный коллектор сориентирован на юг и стоит под таким углом, чтобы обеспечить максимум тепла.

Если вы постоянно живете в доме, то надо чтобы коллектор работал зимой, а если он установлен на даче и вы редко туда приезжаете в морозы, то коллектор с максимальной эффективностью должен работать весной и летом.

Важно помнить, что воздушный солнечный коллектор не может стать единственным источником тепла. Он эффективен только в светлое время суток и в безоблачную погоду. В темное время он наоборот, отдает тепло, а не поглощает. Поэтому на ночь и в облачную погоду его стоит отключать – перекрывать циркуляцию воздуха.

Можно использовать воздушный солнечный коллектор для отопления дома, а можно – для охлаждения. Если летом в помещении жарко, достаточно на ночь открывать циркуляцию и коллектор будет остужать его. Воздух будет проходить в него сверху, отдавать тепло и через нижнее отверстие возвращаться в помещение. Если используется вентилятор, то его надо включать в обратном направлении.

Вообще, использование воздушных солнечных коллекторов для отопления дома – не так целесообразно с точки зрения эфективности. Их лучше рассматривать в качестве дополнительного источника тепла. Более целесообразно отапливать дом вакуумными солнечными коллекторами, но их стоимость существенно выше.

Расчет солнечного коллектора для отопления дома

Использование гелиоколлекторов для системы теплоснабжения – способ существенно сэкономить на отоплении дома. Солнечное излучение бесплатно и доступно всем, а стоимость гелиосистем постоянно снижается. Правильный расчет солнечного коллектора для отопления дома позволит избежать лишних затрат на оборудование и организовать эффективную систему обогрева здания.

Большинство производителей, поставщиков и установщиков делают лишь приблизительный расчет солнечных коллекторов, но мы опишем все детально. В статье мы пошагово расскажем, как выполнить расчет гелиосистем для отопления, чтобы полностью обеспечить дом теплом зимой. Пусть вас не пугает количество формул – для подсчета потребуется обычный калькулятор. Ваши вопросы и мнение вы можете оставить в комментариях .

Содержание статьи Скрыть

Расчет реальной мощности солнечного коллектора

Ниже приводим формулы, которые универсальны и могут использоваться как для подсчета количества коллекторов, так для подсчета общей площади в квадратных метрах.

Подсчет эффективности гелиоколлектора по направлению

Рассчитать базовую тепловую производительность солнечного плоского или вакуумного коллектора можно по следующей формуле:

Pv = sin A x Pmax x S

Pv – мощность солнечного коллектора;
A – угол отклонения плоскости гелиоколлектора от направления на юг;
Pmax – средний уровень инсоляции в вашем регионе в холодное время года.

Даже если солнце не скрыто облаками, в течении дня уровень инсоляции меняется, от чего зависит производительность коллектора. Усредненные данные видно на этом графике:

Данные на иллюстрации по дневному уровню инсоляции усредненные, но позволяют понять разницу между количеством тепловой энергии, которую можно получить в разное время года.

Максимальный уровень инсоляции зимой в среднем в 3-4 раза меньше, чем летом. Количество солнечной энергии, которую может получить гелиоколлектор за сутки зимой в 5-7 раз ниже (в зависимости от широты) чем летом.

Расчет производительности гелиоколлектора по углу установки

Оптимальный угол установки солнечного коллектора для отопления дома зимой – так, чтобы он был перпендикулярен солнечным лучам в 10 часов утра. Так он может собрать максимум тепловой энергии на протяжении светового дня.

Иногда не получается этого сделать (при установке на крыше, монтаже на стандартных опорах). Из-за отклонения от оптимального угла энергоэффективность коллектора может измениться. Рассчитать ее можно по такой формуле:

Pm = sin(180 — A — B) x Pv

Pm – производительность гелиоколлектора;
A – угол между коллектором и плоскостью земли;
B – высота солнца над горизонтом в 10 часов утра;
Pv – найденная ранее мощность.

Если у вас есть возможность ориентировать солнечный коллектор так, чтобы он был перпендикулярен солнцу, тогда:

Pm = Pv

На фотографии обозначен угол наклона солнечного коллектора, который нужно использовать при вычислениях.

Особенности плоских панелей

Плоский гелиоколлектор имеет небольшие теплопотери через заднюю стенку, которые составляют в среднем 5 Вт на квадратный метр. Поэтому от полученного ранее значения реальной мощности P надо отнять 5 Вт на каждый квадратный метр площади.

Уровень поглощения солнечного излучения плоского гелиоколлектора ниже 100%. Это нужно учесть при подсчете его тепловой мощности. Если панель поглощает только 95%, то ее реальная мощность:

P = Pm x 0.95 х S

Pm – мощность коллектора из формулы выше;
P – реальная производительность коллектора;
S – площадь коллектора.

Производительность вакуумного коллектора

Производители вакуумных коллекторов могут указывать мощность коллектора без учета расстояния между трубками. Чтобы определить, какова реальна площадь поверхности трубок и производительность вакуумного коллектора, воспользуемся формулой:

P = Pm x D / L

P – реальная производительность солнечного коллектора;
Pm – мощность коллектора, рассчитанная ранее;
D – диаметр вакуумных трубок;
L – расстояние между трубками.

Термодинамические солнечные панели

С таким типом коллекторов все гораздо сложнее. Сейчас они не слишком распространены, производители экспериментируют с материалами и селективным покрытием. Разные модели отличаются уровнем поглощения и теплопотерями.

В целом, термодинамические солнечные панели имеют право на жизнь. Но мы бы не рекомендовали обустраивать отопление с их помощью. На рынке мало эффективных моделей, а те, которые есть, продают по завышенным ценам.

Сколько нужно солнечных коллекторов для отопления дома?

Разделив полученные данные на значение P, вычисленное по последней формуле, вы узнаете, сколько гелиоколлекторов или квадратных метров коллекторов вам необходимо чтобы обеспечить отопление дома зимой.

Отдельно стоит напомнить, что в холодное время года есть нюансы с эксплуатацией гелиоколлекторов. Узнать об этом больше можно в статье «Как работает солнечный коллектор зимой – эффективность, проблемы и их решение».

Основная проблема змой — чистить коллекторы от холода.

Подключим горячее водоснабжение?

В дополнение к отоплению, к коллекторной солнечной системе можно подключить горячее водоснабжение. Для этого подсчитаем, сколько тепловой энергии вам необходимо тратить каждый день. Формула расчета солнечного коллектора для ГВС проста:

Pw = 1,163 x V x (T – t) / 24

Pw – количество тепла, необходимое для подогрева воды;
V – средний объем горячей воды, расходуемый за сутки;
T – температура, до которой нужно подогреть воду;
t – температура, с которой вода поступает в систему.

Чтобы рассчитать необходимое количество дополнительных коллекторов для ГВС – разделите это значение на производительность солнечного коллектора P, полученное по последней формуле.

Советы по отоплению дома гелиоколлекторами

Плоские солнечные коллекторы эффективнее в теплое время года, а вакуумные трубки – зимой. В зависимости от модели и производителя разница может достигать 50%. Подробнее об этом вы можете прочитать в статье «Солнечный коллектор – плоский или вакуумный?».
На случай непредвиденной ситуации стоит иметь альтернативные источники тепловой энергии – конвекторы, газовый или твердотопливный котел, тепловой насос.
Обычно коллекторы поставляются вместе с отдельными баками-накопителями. Выгоднее будет приобрести отдельно плоские или вакуумные панели и один или два больших резервуара с хорошей теплоизоляцией. Чем меньше объем бака, тем быстрее он остывает.
Для организации эффективного отопления стоит иметь большой бак накопитель, в котором в светлое время суток коллекторы будут нагревать воду, а ночью она будет расходоваться на обогрев здания.
Наличие качественного контроллера в системе отопления позволит поддерживать заданную температуру, регулировать циркуляцию, устанавливать температурные режимы, задавать таймер включения.
Для автономного отопления дома солнечными коллекторами необходимо купить большое количество оборудования, оплатить его монтаж и подключение. Если вам это не по карману – можно использовать гелиоколлекторы как вспомогательную систему отопления.
Хорошей экономии можно достичь если использовать солнечные коллекторы в паре с тепловым насосом. Они будут нагревать воду, а тепловой насос – подогревать ее до необходимой температуры.
Если здание плохо утеплено, то использовать солнечные коллекторы эффективнее с водяным теплым полом. Он отдает максимум тепла в помещение, а не стенам, как радиаторы отопления.

Как видим, расчет солнечных коллекторов для отопления дома довольно прост. Конечно, специалист должен будет посчитать множество других нюансов, но они не смогут существенно повлиять на конечный результат. В некоторых случаях обогрев здания коллекторами нецелесообразен, но в качестве дополнительного источника бесплатного тепла, гелиоколлекторы незаменимы.

Не забудьте поделиться публикацией в соцсетях!

Хотите получить помощь мастера, специалиста в этой сфере? Переходите на портал поиска мастеров Профи. Это полностью бесплатный сервис, на котором вы найдете профессионала, который решит вашу проблему. Вы не платите за размещение объявления, просмотры, выбор подрядчика.

Вакуумный солнечный коллектор, как определить тепловую мощность? В догонку, много много букв:

Как подобрать солнечный коллектор? Как определить, сколько тепловой энергии можно получить от одной трубки солнечного коллектора? От одного квадратного метра солнечного коллектора? Какова эффективность солнечного коллектора в конкретном регионе?

Метод расчета тепловой мощности солнечного коллектора для определенного региона.

Мы предлагаем простой способ, позволяющий на основе данных о солнечной активности в заданном регионе и площади поглощения солнечного коллектора, произвести ориентировочный расчет количества тепловой энергии, которое можно получить в конкретном регионе: от одной трубки солнечного коллектора, одного квадратного метра солнечного коллектора, за день, дачный сезон, за год. Чтобы оценить, насколько полно солнечный коллектор может обеспечить нас тепловой энергией используем следующие статистические данне. По статистике, "обычное" домохозяйство использует 2- 4кВт тепловой энергии для потребления горячей воды, на человека в день.

Исходные данные для расчета тепловой мощности солнечного коллектора.

Количество тепловой энергии, которое вырабатывает солнечный коллектор, зависит от:

1) Региона эксплуатации солнечного коллектора

2) Площади поглощения солнечного коллектора

4) Угла наклона солнечного коллектора по отношению к солнечному излучению

Принимаем:
1) Нам известно количество солнечной энергии на поверхности земли - инсоляция квадратного метра за год, для определенного региона России.
Напомним, что инсоляция одного квадратного метра, в разрезе регионов России, указана в таблицах, которые приведены в статье "Количество солнечной энергии в регионах России".

"Показательные" расчеты будем проводить для Москвы и Московской области, а потом потренируемся на расчетах для Краснодара.

2) Площадь поглощения известна из документации.

3) КПД вакуумного солнечного коллектора принимаем

4) Принимаем угол наклона "плоскости" солнечного коллектора к солнцу - оптимальный для данного региона.

* КПД = 67% - это значение для "среднестатистического" коллектора, которое приводят в технической литературе для "старых" моделей. КПД современных коллекторов достигает 85%. Мы применили в расчетах среднестатистический КПД = 67% для получения более "честных" значений. В результате все показатели получились немного заниженными, по сравнению со значениями, полученными нами при испытаниях реальной вакуумной трубки солнечного коллектора - одной из тех, что мы предлагаем в магазине.

При упоминании вакуумных трубок, имеем в виду "стандартные" вакуумные трубки, которые используют большинство производителей, с характеристиками:

Длина - 1800±5мм
Внешний диаметр трубки - 58±0.7мм
Толщина внешней стеклянной трубки - 1.8±0.15мм
Внутренний диаметр трубки - 47±0.7мм
Толщина внутренней стеклянной трубки - 1.6±0.15мм
Материал стекла - боросиликатное стекло 3.3мм
Уровень вакуума -между стенками трубки P 5 х 10-3Па
Степень поглощения > 91%
Потери солнечного излучения < 8% (80С±1,5С)
Макс. температура 270С - 300С
Номинальное давление - 0.6МПа
Средний коэффициент тепловых потерь - 0.6W/(m2)
Трехслойное покрытие вакуумной трубки - улучшенное селективное поглощающее покрытие:

Композит - медь, нержавеющая сталь, алюминий (CU/SS-ALN(H)SS/ALN(L)/ALN)
Метод нанесения - DS реактивное напыление.
На заметку.

Если для Вашего региона нет точных данных в таблицах, то можно использовать информацию, указанную на карте инсоляции регионов России в статье Количество солнечной энергии в регионах России (Нажмите на названии, чтобы прочитать) , на которой цветом указано ориентировочное значение доступной энергии на одном квадратном метре горизонтальной площадки.

Для определения инсоляции для оптимального угла наклона "плоскости" вакуумного коллектора, эмпирическим путем мы установили, для того чтобы перевести количество энергии указанное для горизонтальной площадки, в энергию, получаемую с площадки с оптимальным углом наклона, необходимо значение, указанное для горизонтальной площадки умножить на 1,2.

Например, для Москвы в таблице "Дневная сумма солнечной радиации, кВт*ч/м2 горизонтальная площадка" указано среднесуточное (доступное в течение суток) значение энергии солнечного излучения = 2,63кВт*ч/м2. То есть, в год доступно для горизонтальной площадки 2,63 * 365(дн) = 959,9кВт*ч/м2. Для оптимальной площадки - из таблицы "Месячные и годовые суммы солнечной радиации, кВт*ч/м2. Оптимальный наклон площадки" видим, что в год для Москвы, в случае оптимального угла наклона, доступно 1173,7кВт*ч/м2. Вычисляем коэффициент для оптимальной площадки 1173,3 / 959,9 = 1,22.

Метод не претендует на высоконаучный, но, как говориться, лучше иметь не очень точный инструмент, чем не иметь никакого.

Для начала проверим, насколько соответствует действительности значение площади поглощения трубчатого вакуумного солнечного коллектора, указываемое производителями и поставщиками.

В документации на "Водонагреватель, на солнечном коллекторе без давления из 15-ти вакуумных трубок", то есть на модель "Дача-1", указана площадь поглощения 2,35м2.

Известно, что длина вакуумной трубки 1800мм, то есть 1,8м.

Диаметр трубки 58мм. то есть 0,058м.

Трубка вакуумного коллектора - это цилиндр, площадь боковой поверхности цилиндра вычисляется по формуле:

S = 2*3,14*H*R или через диаметр S = 3,14*H*D

где 3,14 - число Пи, R - радиус цилиндра, H - высота цилиндра(длина стороны), D - диаметр цилиндра. Диаметр трубки нам известен, поэтому воспользуемся формулой, в которой участвует диаметр.

Площадь трубки = 3,14 * 1,8 * 0,058 = 0,3278м2

Принимаем с округлением, что площадь одной трубки вакуумного солнечного коллектора равна 0,33м2. Тогда, площадь всех трубок солнечного коллектора = 0,33*15 = 4,95м2.

Трубки солнечного коллектора преобразуют излучение в тепло всей площадью, однако наиболее эффективно преобразование на освещенной стороне трубок, то есть, чтобы определить площадь поглощения, надо разделить общую площадь трубок коллектора на 2. Получаем площадь поглощения всех трубок солнечного коллектора из 15-ти трубок 4,95м2 / 2 = 2,47м2. В документации на солнечный коллектор указана площадь поглощения 2,35м2.

То есть, в документации на солнечный коллектор указана информация о площади поглощения с учетом того, что часть каждой трубки вставлена в бак коллектора, а часть закрыта фиксатором - креплением на раму.

1. В документации на солнечные коллекторы действительно указана именно поглощающая площадь солнечного коллектора.

2. Если брать за основу технические данные из документации реального коллектора, то площадь поглощения одной трубки можно определить, используя эти данные. Тогда, если 15-ть трубок составляют 2,35м2 поглощающей площади, то одна трубка 2,35м2 / 15 = 0,156(6)м2 или округленно 0,15м2.

I. Площадь поглощения одной трубки = 0,15 м2

3. Зная площадь поглощения одной трубки, можно определить, сколько трубок составляют один квадратный метр поглощающей поверхности солнечного коллектора. Это интересно, так как во всех таблицах солнечной энергетики приводятся данные в расчете на 1м2. Итак, 1м2 / 0,15м2 = 6,66(6), то есть округленно - один квадратный метр поглощающей поверхности коллектора - это семь вакуумных трубок солнечного коллектора.

II. 1м2 поглощающей поверхности солнечного коллектора = 7 вакуумных трубок

4. Тепловая мощность одной вакуумной трубки. Эта информация позволит рассчитывать, какое количество трубок должно быть в солнечном коллекторе для получения необходимой тепловой мощности:

4.1. Дневная мощность = 0,15 х Величину дневной инсоляции 1м2 для рассчитываемого региона х КПД

4.2. Годовая мощность = 0,15 х Величину годовой инсоляции 1м2 для рассчитываемого региона х КПД

Для Москвы годовая мощность - энергия, получаемая за счет каждой вакуумной трубки, составляет:

Площадь поглощения одной трубки х Годовую инсоляцию в Москве х КПД коллектора

Упрощённый тепловой расчет солнечного коллектора

Начальная температура воды, поступающая в дом из водопровода, составляет 10°С, а использование этой воды для нужд (умывание, душ, отопление, уборка и пр.) требует ее подогрева. Конечно, для ее разогрева хотя бы до 40 градусов потребуется затратить энергию – газ, дрова, электроэнергия, одним словом, заплатить за ее нагрев. Зимой солнечный коллектор сможет подогреть воду от 40 до 70°С, а летом – до 100 °С.

Попробуем разобраться, насколько эффективным будет использование солнечного отопления.

В солнечный день на каждый квадратный метр поверхности, которая установлена перпендикулярно солнечным лучам, на протяжении одного часа попадает от 700 до 1350 Ватт солнечной тепловой энергии. В зависимости от атмосферного состояния. Для примера возьмем среднее значение, т.е. 1000 Вт/м 2 .

Чтобы нагреть 1 кг (л) воды на 1 градус потребуется приблизительно 1,16 Вт. Теперь представим солнечный коллектор, площадь которого составляет 1 м 2 . Поглощение тепла стороны, которая обращена к солнцу, составляет практически 100%. Из этого следует, что наш коллектор, площадью 1м 2 сможет нагреть воду на один градус:

1000 Вт / 1,16 Вт = 862,07 кг воды.

Чтобы было удобнее, считаем, что К=862 кг х ОС х м2 х час. Это соотношение показывает какое количество воды на сколько градусов можно нагреть за 1 час в солнечном коллекторе, площадь которого составляет 1 м 2 .

Для примера, солнечный коллектор в комплекте, который состоит из 15 вакуумных трубок, площадью 3м 2 . Самый оптимальный объем термоса для жидкости этого коллектора – 150 литров. Продолжительность нагрева такого количества воды до 45°С в холодное время года составляет:

(150 л х (45°С - 10°С)) / (3 м2 х 862 кг*оС*м2*час) = 5250 /2586=2,03 час.

Чтобы обеспечить нагрев 150 литров воды до температуры до 45°С солнечная установка сможет за 2 часа. Если учитывать теплопотери коллектора и тот факт, что атмосфера не всегда чистая и прозрачная, а солнечный коллектор не идеально чистым, то время нагрева зимой увеличивается до 4 часов.

Проведем расчёт для нагрева заданного объема воды элекроэнергией.

t = (m ∙ c ∙ Δϑ) / (P ∙ η)
где, t - время нагрева в часах=1ч. c = 1,163 (Ватт/час) / (кг ∙ К), m - количество воды 150 кг, P - мощность в Вт, η - КПД = 0,98, Δϑ - разность температур в К (ϑ2 - ϑ1)=35°C ϑ1 - температура холодной воды в10 °C ϑ2 - температура горячей воды в 45°C

P = (m ∙ c ∙ Δϑ) / (t ∙ η)=(150∙ 1,163 ∙ 35) / (1 ∙ 0,98)=6230Вт.=6,23 кВт/ч.

Следовательно, чтобы разогреть 150 литров воды с помощью электроэнергии, с учетом теплопотерь, то Вы заплатите от 7 до 8 кВт.ч. х 2,3 рубля=от 16 до 20 рублей, а за 300 литров – от 32 до 40 рублей. Подведем итог: зимой один солнечный коллектор, площадь которого составляет 3 м 2 , сэкономит ваш расходы от 20 до 40 рублей в день.

Произведем расчет расхода горячей воды для семьи, состоящей из трех человек. Если день начинается с 10-минутного душа для каждого из членов семьи, то использование теплой воды составляет 8 литров в минуту. Следовательно, на прием душа уходит: 3 чел. х 10 мин. х 8 л/мин = 240 литров теплой воды. Дальше завтрак, после которого на мытье посуды нужно примерно 15 минут с расходом теплой воды 3 л/минуту. Так, для того чтобы вымыть посуду понадобиться: 15 мин. х 3 л/мин = 45 литров теплой воды. Если предположить, что вечером расход воды будет приблизительно таким же, а также добавить уборку, стирку и прочие потребности, то добавим еще 100 литров. В результате расход теплой воды утром или вечером составит: 240+45+100=385 литров. При подсчетах видно, что в среднем на одного члена семьи приходится 100-150 литров горячей воды в день. Тогда, для того, чтобы обеспечить семью горячей водой в холодное время года, Вам потребуется два коллектора и бак на 300 литров. Если Вы планируете использовать солнечное тепло в максимальном объеме и использовать его для разогрева отопления, тогда Вам рекомендуется купить шесть коллекторов и накопительный бак на 500 литров воды. Солнечная установка очень эффективная, также Вы сможете сэкономить значительную сумму денег. Вышеприведенный расчет – это упрощенный расчет, который основан на зимнем периоде, а с приходом весны и лета солнечная активность значительно возрастет, следовательно, возрастет эффективность такого оборудования. В летний период человек более активный и используется большее количество горячей воды: принимает душ, бассейн, моем посуду, стираем и пр. Летом температура воды вырастает от 60 до 95°С, и тогда возникает новый вопрос – куда девать лишнюю воду, но следует помнить, что Вы не будете платить денег за ее нагрев. Итог: в теплый солнечный период эффективность использования солнечного оборудования вырастает в два раза, а шестиколлекторная солнечная установка, площадь которой 18 кв.м., сэкономит в холодное время года от 90 до 200 рублей в день, а летом – от 180 до 400 рублей в день. Если количество холодных и теплых дней в году приблизительно одинаковое, тогда можно провести такой расчет, при котором экономия будет составлять от (90 +200) : 2 = 145, до (840 +1920) : 2 = 290, теперь умножим на 365 дней и получим сумму от 52925 до 105000 рублей в год.

Полную окупаемость всех затрат на покупку солнечного оборудования можно ожидать от одного до двух лет. При покупке коллекторной солнечной установки Вы заплатите только один раз. Срок ее эксплуатации от 15 до 25 лет, притом, что работает она постоянно.

Читайте также: